تشتهر صناعة السيارات الأوروبية بتطورها وابتكارها الكبير. ومع تعزيز سياسات توفير الطاقة وخفض الانبعاثات، بهدف تقليل استهلاك الوقود وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون، تُستخدم سبائك الألومنيوم المُحسّنة والمبتكرة على نطاق واسع في تصميم السيارات. ووفقًا للإحصاءات، تضاعف متوسط كمية الألومنيوم المستخدمة في سيارات الركاب خلال السنوات العشر الماضية، ويوضح الشكل 1 أدناه انخفاض وزن سبائك الألومنيوم. وبناءً على مفاهيم التصميم المبتكرة، سيستمر هذا التوجه في السنوات القليلة القادمة.
في عملية تطوير المركبات خفيفة الوزن، تواجه سبائك الألومنيوم منافسة شرسة مع مواد جديدة أخرى، مثل الفولاذ عالي القوة، الذي لا يزال يحافظ على قوته العالية بعد تصميمه ذي الجدران الرقيقة. بالإضافة إلى ذلك، توجد مواد مركبة من المغنيسيوم والتيتانيوم والزجاج وألياف الكربون، وهذه الأخيرة مستخدمة على نطاق واسع في مجال الطيران. والآن، تم دمج مفهوم التصميم متعدد المواد في تصميم السيارات، وتُبذل الجهود لتطبيق مواد مناسبة على الأجزاء المناسبة. ومن التحديات المهمة للغاية مشكلة التوصيل والمعالجة السطحية، وقد طُوّرت حلول مختلفة، مثل مكونات كتلة المحرك ومجموعة نقل الحركة، وتصميم الهيكل (أودي A2، A8، بي إم دبليو Z8، لوتس إليز)، والهيكل ذي الصفائح الرقيقة (هوندا NSX، جاكوار، روفر)، ونظام التعليق (فئة DC-E، رينو، بيجو) وتصميم المكونات الهيكلية الأخرى. يوضح الشكل 2 مكونات الألومنيوم المستخدمة في السيارات.
استراتيجية تصميم BIW
يُعدّ هيكل السيارة الأبيض أثقل جزء في السيارة التقليدية، إذ يُشكّل ما بين ٢٥٪ و٣٠٪ من وزنها. يوجد تصميمان هيكليان لهذا الهيكل.
1. "تصميم إطار مساحة جانبي" للسيارات الصغيرة والمتوسطة الحجمسيارة أودي A8 مثال نموذجي، يزن هيكلها الأبيض 277 كجم، ويتكون من 59 مقطعًا (61 كجم)، و31 قطعة مصبوبة (39 كجم)، و170 صفيحة معدنية (177 كجم). وتُربط هذه القطع باستخدام البرشام، واللحام بالغاز الخامل (MIG)، واللحام بالليزر، وأنواع أخرى من اللحام الهجين، واللصق، وغيرها.
2. "هيكل أحادي من صفائح معدنية مطروقة بالقالب" لتطبيقات السيارات متوسطة إلى كبيرة السعةعلى سبيل المثال، سيارة جاكوار XJ (X350)، موديل 2002 (كما هو موضح في الشكل 4 أدناه)، ذات هيكل أحادي الهيكل بوزن 295 كجم، تتكون من 22 مقطعًا (21 كجم)، و15 قطعة مصبوبة (15 كجم)، و273 قطعة من الصفائح المعدنية (259 كجم). تشمل طرق التوصيل الترابط، والتثبيت، واللحام بالغاز الخامل (MIG).
تطبيق سبائك الألومنيوم على الجسم
1. سبيكة Al-Mg-Si المقواة بالعمر
تحتوي سبائك سلسلة 6000 على المغنيسيوم والسيليكون، وتُستخدم حاليًا في صفائح هياكل السيارات مثل A6016 وA6111 وA6181A. في أوروبا، تتميز سبائك EN-6016 بسمك 1-1.2 مم بقابلية تشكيل ممتازة ومقاومة للتآكل، وتُستخدم على نطاق واسع.
2. سبيكة Al-Mg-Mn غير قابلة للمعالجة الحرارية
بفضل صلابتها العالية تحت الضغط، تتميز سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم والمنجنيز بقابلية تشكيل ممتازة وقوة عالية، وتُستخدم على نطاق واسع في صفائح السيارات المدرفلة على الساخن والبارد، وفي الأنابيب المشكّلة هيدروليكيًا. كما أن استخدامها في الهياكل أو العجلات أكثر فعالية، إذ يُحسّن تقليل كتلة الأجزاء المتحركة غير المعلقة راحة القيادة ويُقلل من مستويات الضوضاء.
3. مقطع الألومنيوم
في أوروبا، طُرحت مفاهيم جديدة كليًا للسيارات تعتمد على تصميم مقاطع الألمنيوم، مثل هياكل سبائك الألمنيوم والهياكل الأساسية المعقدة. إن إمكانياتها الكبيرة في التصميمات المعقدة والتكامل الوظيفي تجعلها الأنسب للإنتاج التسلسلي منخفض التكلفة. ونظرًا لضرورة التبريد أثناء عملية البثق، تُستخدم سبائك متوسطة القوة 6000 وعالية القوة 7000 قابلة للتصلب مع التقدم في العمر. ويتم التحكم في قابلية التشكيل والقوة القصوى من خلال التصلب مع التقدم في العمر عن طريق التسخين اللاحق. تُستخدم مقاطع سبائك الألمنيوم بشكل رئيسي في تصميم الهياكل، وعوارض الصدمات، ومكونات الصدمات الأخرى.
4. صب الألومنيوم
تُعدّ المسبوكات أكثر مكونات الألومنيوم استخدامًا في السيارات، مثل كتل المحركات ورؤوس الأسطوانات ومكونات الشاسيه الخاصة. حتى محركات الديزل، التي زادت حصتها السوقية بشكل كبير في أوروبا، تتجه إلى استخدام مسبوكات الألومنيوم نظرًا لتزايد الطلب على القوة والمتانة. في الوقت نفسه، تُستخدم مسبوكات الألومنيوم أيضًا في تصميم الهياكل وأجزاء الأعمدة والأجزاء الهيكلية، وقد حقق صب سبائك الألومنيوم الجديدة AlSiMgMn تحت الضغط العالي قوةً ومتانةً أعلى.
يُعد الألومنيوم المادة المُفضّلة في العديد من تطبيقات السيارات، مثل الشاسيه والجسم والعديد من المكونات الهيكلية، نظرًا لكثافته المنخفضة وقابليته العالية للتشكيل ومقاومته العالية للتآكل. يُمكن للألومنيوم المُستخدم في تصميم هيكل السيارة أن يُخفّض الوزن بنسبة 30% على الأقل، مع مراعاة متطلبات الأداء. كما يُمكن استخدام سبائك الألومنيوم في معظم أجزاء الغطاء الحالي. في بعض الحالات التي تتطلب قوة تحمل عالية، يُمكن لسبائك سلسلة 7000 أن تحافظ على مزايا الجودة. لذلك، تُعدّ حلول تخفيف الوزن باستخدام سبائك الألومنيوم هي الأكثر اقتصادًا في التطبيقات واسعة النطاق.
تم تحريره بواسطة ماي جيانج من MAT Aluminum
وقت النشر: ٨ ديسمبر ٢٠٢٣
